Nature Protocols|深圳先進院耿晉團隊:光介導(dǎo)細胞內(nèi)大分子合成
眾所周知,由于細胞內(nèi)化學(xué)環(huán)境高度復(fù)雜且細胞對外部刺激極為敏感,利用化學(xué)手段在活細胞內(nèi)實現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,特別是大分子合成一直以來都較為困難。由于相關(guān)技術(shù)所限,對這些問題的探索目前僅處于起步階段。設(shè)計細胞內(nèi)原位合成大分子的方法在細胞生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以提供研究的新方法,具有潛力巨大的可能性。
3月21日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院耿晉研究員團隊在Nature Protocols發(fā)表了題為“Light-mediated intracellular polymerization”的研究文章。研究成果介紹了如何在活體細胞內(nèi)通過光介導(dǎo)進行原位大分子合成,這樣生成的胞內(nèi)聚合物在增強肌動蛋白聚合、調(diào)節(jié)細胞內(nèi)微環(huán)境、生物成像應(yīng)用以及作為癌癥治療策略的研究上提供了新途徑和新思路。

研究團隊展示了如何通過將高生物相容性單體引入活細胞中,然后使用光激活來啟動聚合反應(yīng),例如可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)或自由基聚合。使用光啟動對聚合過程進行精確的空間和時間控制,且具有快速的反應(yīng)動力學(xué)和較好生物相容性。大約僅需幾分鐘(通常根據(jù)波長而定,大約5-10分鐘)即可合成不同結(jié)構(gòu)的大分子聚合物,這種短暫的反應(yīng)時間對于避免引起細胞應(yīng)激和細胞內(nèi)容物的變性至關(guān)重要。

根據(jù)胞內(nèi)大分子聚合物的特定特性以及它們所在的細胞,團隊開發(fā)了兩種方法來分離這些聚合物進行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征。包括生物素-鏈霉親和素生物偶聯(lián)功能化的磁性納米顆粒和固定化金屬親和色譜法(IMAC)。

細胞內(nèi)生成的大分子聚合物具有廣泛的潛在應(yīng)用。細胞內(nèi)大分子聚合物的生成導(dǎo)致的細胞環(huán)境粘度增加可以對肌動蛋白聚合、細胞結(jié)構(gòu)、細胞周期調(diào)控和細胞遷移行為產(chǎn)生深遠影響。使用特殊單體通過原位聚合,它們還可以被用作生物傳感器和生物成像造影劑,達到通常小分子很難實現(xiàn)的細胞長期跟蹤目的。重要的是團隊研究發(fā)現(xiàn)一些單體可以作為前體藥物通過聚合可以誘導(dǎo)癌細胞周期阻滯、自噬、凋亡和壞死性死亡,以及降低癌細胞遷移和運動的能力。

除了癌癥治療之外,這種細胞內(nèi)大分子聚合方法學(xué)的構(gòu)建在干細胞研究和神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域也擁有巨大的潛力。通過理解胞內(nèi)聚合的基本機制,研究人員可以精細地操縱胞內(nèi)環(huán)境,并可能影響干細胞分化的過程。此外,胞內(nèi)聚合的機制可能被利用來解決蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集問題,進行神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的研究。使用多樣化的小肽序列或含有無機元素的單體可能進一步擴大細胞內(nèi)聚合的潛力,為定制的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用解鎖廣泛的可能性。
總之,能夠在細胞內(nèi)產(chǎn)生定制功能性的大分子聚合物,使我們更接近于先進的治療策略和創(chuàng)新的生物成像方法。
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究耿晉研究員和倫敦大學(xué)女王學(xué)院Bradley教授為該文章通訊作者,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究的研究生Abdelrahim和助理研究員高權(quán)博士為文章共同第一作者。
附件下載: